基于DS18B20的室温温度控制器文献综述(共9页).doc

精选优质文档-倾情为你奉上漳州师范学院毕业论文（设计）文 献 综 述题 目：基于DS18B20的温室温度控制器姓 名： 林小燕 学 号： 系 别： 物理与电子信息工程系 专 业： 电子信息科学与技术 年 级： 2007级 指导教师： 郭海燕 2010 年 9 月 24日专心-专注-专业基于DS18B20的温室温度控制器一 前言单片机是一种芯片级的微型计算机，是将CPU、RAM、ROM、定时器/计数器以及输入/输出（I/O）接口电路等主要计算机部件，集成在一块电路芯片上的一个芯片。近几年，因单片机具有体积小、功能齐全、价格低廉和可靠性高的独特优点，故在我国各个领域获得了广泛的应用1。温度检测在工业领域及其人民生产生活中应用广泛，如在化工领域中经常需要检测和控制反应中的液体的温度 、在粮食储存以及加工过程中测温尤为重要2。传统多采用温度敏感元件，提取电信号、经放大调理、A/D变换、将温度相关数字信号处理得到温度测试数据，实际应用麻烦，结构复杂、设备成本高、数据传输易受干扰 、测量精度低、系统误差大等缺点，难以达到较高的测量精度和足够的实时性。因此采用数字温度传感器 DS18B20，具有体积更小、精度更高、采用单总线、安装简便等优点，特别适合于恶劣环境的现场多点温度测量3。二 主体（一）传统的测温方法采用传统的传感器测温方案是将传感器产生的模拟信号进行A/D转换并处理，根据其传感器不同，其优缺点也各不相同。它主要包括两大类：一类是热电偶测温，另一类是热电阻测温。1、热电偶测温在工业应用中，热电偶一般适用于测量500以上的较高温度。热电偶测温原理是基于热能和电能互相转换的原理，即热电效应，是一对异质金属A、B组成闭合回路，将其接点a、b 置于不同温场中时，就会产生温差电效应，回路中就会有电流，两接点就产生相应的热动势4。若热电偶的参考端温度恒定或等于0，则热电偶的热电势仅是测量端温度的函数，即EAB（t，t0）= EAB+ 常数=f（t）。一定的热电势对应着相应的温度值，通过接在回路中的电测仪表就会显示出被测热电偶的热电势值以达到测量温度的目的。在实际应用时，参考端温度容易受到周围环境温度变化的影响，难以保持恒定，为此必须对参考端温度进行补偿、修正。由于热电偶的材料一般都比较贵重（特别是采用贵金属时），而测温点到仪表的距离都很远，为了节省热电偶材料，降低成本，通常采用补偿导线把热电偶的冷端（自由端）延伸到温度比较稳定的控制室内，连接到仪表端子上，还需采用其他修正方法来补偿冷端温度t00时对测温的影响。在使用热电偶补偿导线时必须注意型号相配，极性不能接错，补偿导线与热电偶连接端的温度不能超过100。其优点如下：测量精度高。因热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。测量范围广。常用的热电偶从-50+1600均可边续测量，某些特殊热电偶最低可测到-269（如金铁镍铬），最高可达+2800（如钨-铼）。构造简单，使用方便。热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，而且不受大小和开头的限制，外有保护套管，用起来非常方便。其缺点如下：热电率较小。材料较贵。灵敏度低。抗污染能力差。补偿导线误差大。为保证热电偶可靠、稳定地工作，对它的结构要求如下：组成热电偶的两个热电极的焊接必须牢固；两个热电极彼此之间应很好地绝缘，以防短路；补偿导线与热电偶自由端的连接要方便可靠；保护套管应能保证热电极与有害介质充分隔离5。2、热电阻测温对于500以下的中、低温度，热电偶的输出的热电势很小，冷端温度的变化所引起的相对误差也非常突出，难以实现精确测量，所以使用热电阻测量温度。热电阻的测温原理是基于电阻的热效应进行温度测量的，即电阻体的阻值随温度的变化而变化的特性。因此，只要测量出热电阻的阻值变化，就可以测量出温度。目前主要有金属热电阻和半导体热敏电阻两类。金属热电阻的阻值和温度一般可以用以下的近似关系式表示，即Rt=Rt01+（t-t0）式中，Rt为温度t时的阻值；Rt0为温度t0（通常t0=0）时对应电阻值；为温度系数。半导体热敏电阻的阻值和温度关系为Rt=AeB/t式中，Rt为温度为t时的阻值；A、B取决于半导体材料的结构的常数。相比较而言，热敏电阻的温度系数更大，常温下的电阻值更高（通常在数千欧以上），但互换性较差，非线性严重，测温范围只有-50300左右，常用于家电和汽车用温度检测和控制。金属热电阻一般适用于-200500范围内的温度测量，其特点是测量准确、稳定性好、性能可靠，在工程控制中的应用极其广泛。由于热电阻是把温度变化转换为电阻值变化的一次元件，因此通常需要把电阻信号通过引线传递到计算机控制装置或者其它仪表上。工业用热电阻安装在生产现场，与控制室之间存在一定的距离，因此热电阻的引线对测量结果会有较大的影响。其优点如下：准确度高，可达1mk。输出信号大，灵敏度高。如在0用Pt100铂热电阻测温，当温度变化1时，其电阻值约变化0.4，如果通过电流为2mA，则其电压输出为800V左右。由此可见，热电阻的灵敏度较热电偶高一个数量级。测温范围广，稳定性好。在振动小而适宜的环境下，可在很长时间内保持0.1以下的稳定性。无需参考点。温度值可由测得的电阻值直接求出。输出线性好。只用简单的辅助回路就能得到线性输出。缺点：存在引线电阻，影响较大。需要电源激励，不能够瞬时测量温度的变化。采用细金属丝的热电阻元件机械冲击与振动性能差。元件结构复杂，制造困难大，尺寸较大，因此，热响应时间长。不适宜测量体积狭小和温度瞬变区域。（二）集成温度传感器测温随着科学技术的不断进步与发展，温度传感器的种类日益繁多，数字温度传感器更因适用于各种微处理器接口组成的自动温度控制系统，具有可以克服模拟传感器与微处理器接口时需要信号调理电路和A/D转换器的弊端等优点，被广泛应用于工业生产控制、电子测温计、医疗仪器等各种温度控制系统中。其中，比较有代表性的数字温度传感器有DS18B20、AD590等。1、DS18B20数字式温度传感器DS18B20是美国DALLAS半导体公司推出的一种智能温度传感器。与传统的热敏电阻相比，他能够直接读出被测温度并且可根据实际要求通过简单的编程实现912位的数字值读数方式。可以分别在93.75 ms和750 ms内完成9位和12位的数字量，并且从DS18B20读出的信息或写入DS18B20的信息仅需要一根口线（单线接口）读写,温度变换功率来源于数据总线，总线本身也可以向所挂接的DS18B20供电，而无需额外电源。因而使用DS18B20可使系统结构更趋简单，可靠性更高。他在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面较DS1820有了很大的改进，给用户带来了更方便的使用和更令人满意的效果DS18B20温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的EEPROM。后者用于存储TH，TL值。数据先写入RAM，经校验后再传给EEPROM。而配置寄存器为高速暂存器中的第5个字节，他的内容用于确定温度值的数字转换分辨率，DS18B20工作时按此寄存器中的分辨率将温度转换为相应精度的数值与传统的热敏电阻相比，它具有如下优点：结构简单，接线简单，维护方便。测量结果直接输出数字温度信号，以"一线总线"串行传送给CPU，同时可传送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力。配置灵活、方便、易于扩展。可扩展多路温度采集子系统，形成多点温度采集网络。工作稳定，测温精度高，在-10+85时精度为±0.5。数字温度的分辨率用户可以从9位到12位选择。内部有温度上、下限告警。其缺点是：测温范围太小，不能用于高温和低温环境的检测，准确度较低。硬件连接的简单化需要相对复杂的软件进行补偿，由于DS18B20与微处理器间采用串行数据传送，因此，在对DS18B20进行读写编程时，必须严格的保证读写时序，否则将无法读取测温结果。在实际应用中并非如此。当单总线上所挂DS18B20超过8个时，就需要解决微处理器的总线驱动问题。在DS1820测温程序设计中，向DS1820发出温度转换命令后，程序总要等待DS1820的返回信号，一旦某个DS1820接触不好或断线，当程序读该DS1820时，将没有返回信号，程序进入死循环。该传感器价格相对较贵，不利于工农业中大量广泛的使用。2、电流输出型传感器AD590AD590是美国模拟器件公司的一种电压输入、电流输出型集成温度传感器，供电电压范围为330V，输出电流223A（-50）423A（+150），灵敏度为1A/。流过器件的电流（mA）等于器件所处环境的热力学温度（开尔文）度数，即：1=I/T mA/K。式中：I是流过器件（AD590）的电流，单位为mA；T是热力学温度，单位为K。AD590输出电流信号传输距离可达到1km以上。作为一种高阻电流源，最高可达20M，所以它不必考虑选择开关或CMOS多路转换器所引入的附加电阻造成的误差。当在电路中串接R时，R两端的电压可作为喻出电压。注意R的阻值不能取得太大，以保证AD590两端电压不低于3V。在被测温度一定时，AD590相当于一个恒流源，把它和530V的直流电源相连，并在输出端串接一个1K的恒值电阻，那么电阻上流过的电流将和被测温度成正比，此时电阻两端将会有1mV/K的电压信号。但由于AD590的增益有偏差，电阻也有误差，应对电路进行调整，只能保证在0或25附近有较高的精确度。从整体测温电路设计来看较为复杂，难以达到较高的精确度。其优点如下：流过的电流值等于绝对温度的度数，激励电压范围可调。测温范围为- 55150,非线性误差在±0.30。AD590可以承受44V正向电压和20V反向电压，器件反接不损坏。常用于测温和热电偶的冷端补偿。其缺点如下：非线性变化以及可调电阻的阻值偏差将导致误差，对线阻有要求。需要模拟转数字电路，电路繁多，成本高，精确度较低。有利于减小引线和通道切换用控制电路的数量，但不能根本改变这种情况。综上所述，由于本系统温度测量的对象是空气，因此选择采用DS18B20温度传感器来实现测温，其数字式传输大大提高了抗干扰能力,简化了硬件电路。DS18B20程序设定9-12位的分辨率,分辨率设定及温度上下限设定值存储在EEPROM中,掉电不丢失，输出数据形式为二进制补码形式。（三）AT89S52单片机简介从它的大体组成结构和主要功能特性来介绍。1、AT89S52单片机组成结构AT89S52芯片的引脚图如下图所示：AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。使用Atmel公司高密度非 易失性存储器技术制造，与80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52引脚功能介绍如下：1）P0口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0不具有内部上拉电阻。在FLASH编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。2）P1口：P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P1端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入口使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。此外，P1.0和P1.1分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和定时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX），具体如下所示：P1.0 T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出P1.1 T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制）P1.5 MOSI（在系统编程用）P1.6 MISO（在系统编程用）P1.7 SCK（在系统编程用）在FLASH编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。3）P2口：P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动4 个TTL逻辑电平。对P2端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX DPTR）时，P2口送出高八位地址。在这种应用中，P2口使用很强的内部上拉发送1。在使用8位地址（如MOVX RI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。在FLASH编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。4)P3口：P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P3输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P3端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。P3口亦作为AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下所示:P3.0 RXD(串行输入口)P3.1 TXD(串行输出口)P3.2 INTO(外中断0)P3.3 INT1(外中断1)P3.4 TO(定时/计数器0)P3.5 T1(定时/计数器1)P3.6 WR(外部数据存储器写选通)P3.7 RD(外部数据存储器读选通)在FLASH编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。5)RST复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将是单片机复位。6)ALE/PROG当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。对FLASH存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。7)PSEN程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89S52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲，在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。8)EA/VPP外部访问允许，欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H-FFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。当EA端为高电平（接Vcc端），CPU则执行内部程序存储器的指令。对FLASH存储器编程期间，该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp。9）XTAL1振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。 10）XTAL2振荡器反相放大器的输出端1。2、AT89S52单片机的主要功能特性（1）兼容MCS51指令系统 （2）8k字节Flash ROM（3）32 位I/O 口线 （4）6个中断源（5）三个16位可编程定时/计数器 （6）2.7-6.V的宽工作电压范围（7）时钟频率0-24MHz （8）256字节RAM（9）两个外部中断源 （10）两个串行中断（11）可直接驱动LED （12）两级加密位（13）低功耗睡眠功能 （14）在线编程功能（15）可编程UARL通道 （16）软件设置睡眠和唤醒功能（四）AT24C02存储模块1、AT24C02介绍AT24C02是带有I2C总线接口的E2PROM存储器，具有掉电记忆的功能，并且可以象普通RAM一样用程序改写。它的容量是256个字节（00h0ffh），I2C总线结构很简单，靠性和抗干扰性能好，具有掉电记忆的功能，方便进行数据的长期保存。它包括一条数据线（SDA）和一条串行时钟线（SCL），具有I2C接口的器件可以通过这两根线接到总线上，进行相互之间的信息传递。连接到总线的器件具有不同的地址，CPU根据不同的地址进行识别，从而实现对硬件系统简单灵活的控制10。图1 AT24C02引脚图2、I2C总线上的数据传送I2C总线的数据传输协议如下：（1）主器件发出开始信号（2）主器件发出第一个字节，用来选通相应的从器件。其中前7位为地址码，第8位为方向位(R/W)。方向位为“0”表示发送，方向位为“1”表示接受。（3）从机产生应答信号，进入下一个传送周期，如果从器件没有给出应答信号，此时主器件产生一个结束信号使得传送结束，传送数据无效。（4）主、从器件正式进行数据的传送，每一个字节必须为8位（传送的时候先送高位，再送低位）。当一个字节传送完毕时，再发送一个应答位（第9位），如上一条所述，这样每次传送一个字节都需要9个时钟脉冲。三.总结随着社会的进步和工业技术的发展，人们越来越重视温度因素，许多产品对温度范围要求严格，而目前市场上普遍存在的温度检测仪器大多是单点测量，且不能远距离传输和监测，同时还有温度信息传递不及时、精度不够的缺点，不利于工业控制者根据温度变化及时做出决定。在这样的形式下，有必要开发一种能够同时测量多点，并且实时性高、精度高，综合处理多点温度信息的测量控制系统。参考文献1孙育才.王荣兴.ATMEL新型AT89S52系列单片机及其应用M.北京：清华大学出版社，2006年5月.7-183.2冀勇钢.杨赫天.基于单总线温度传感器的多点测温系统设计J.现代电子技术.2010年，第17期：23.3王春明.冯军.智能型单总线温度控制器设计J.南通工学院学报.2000年，第12期：17.4马天艳.马天虹.热电偶测温及其冷端温度补偿J.工业计量.2005年,第15卷,第6期:31-32.5张明春.肖燕红.热电偶测温原理及应用J.工程技术.2009年,第34卷,第3期：58-616刘振全.集成温度传感器AD590 及其应用J.传感器世界.2003年,第3期：35-37.7张萌.和湘.单片机应用系统开发综合实例M.北京：清华大学出版社，2007年7月.134-150.8刘海成.单片机及应用系统设计原理与实践M.北京：北京航空航天大学出版社，2009年8月.273-281.4959童诗白.华成英.模拟电子技术基础M.第三版.北京：高等教育出版社，2001年1月.487-491.10邹士洪.I2C总线存储器的数据复制J.电子制作.2010年，第7期：25-28.11张玉健.基于DS18B20的温度检测系统J.科技信息.2007年,第11期:311-312.12江世明.刘先任.基于DS18B20的智能温度测量装置J.自然科学版.2004年12月.第1卷.第4期:27-30.